(57)【要約】  本発明の太陽電池の製造方法は、グラファイト基板(101)の表面にアモルファスカーボン層(102)、ＡｌＮ層(103)、及びｎ型窒化物半導体層(105)をこの順に形成する工程、ｎ型窒化物半導体層上に複数の開口部を有するマスク層(106)を形成する工程、複数の開口部から露出するｎ型窒化物半導体層の部分上に複数の第２のｎ型窒化物半導体層(107)を形成する工程、複数の第２のｎ型窒化物半導体層上に窒化物半導体からなる複数の光吸収層(109)を形成する工程、複数の光吸収層上に複数のｐ型窒化物半導体層(109)を形成する工程、ｐ側電極(111)を形成する工程、および、ｎ側電極(112)を形成する工程を含む。
2011155157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を具備する太陽電池を製造する方法：
グラファイト基板の表面に酸素アッシング処理を行って、アモルファスカーボン層を前記グラファイト基板の表面に形成する工程、
前記アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によってＡｌＮ層を形成する工程、
前記ＡｌＮ層上にｎ型窒化物半導体層を形成する工程、
前記ｎ型窒化物半導体層上に複数の開口部を有するマスク層を形成する工程、
前記複数の開口部から露出する前記ｎ型窒化物半導体層の部分上に複数の第２のｎ型窒化物半導体層を形成する工程、
前記複数の第２のｎ型窒化物半導体層上に窒化物半導体からなる複数の光吸収層を形成する工程、
前記複数の光吸収層上に複数のｐ型窒化物半導体層を形成する工程、
前記複数のｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ側電極を形成する工程、および、
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ側電極を形成する工程
【請求項２】
前記アモルファスカーボン層が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項１に記載の方法。
【請求項３】
ｎ型窒化物半導体層を形成する前に、前記ＡｌＮ層上に窒化物半導体からなるバッファ層を形成する工程をさらに有する、前記項１に記載の方法。
【請求項４】
ｎ型窒化物半導体層を形成する前に、前記ＡｌＮ層上に窒化物半導体からなるバッファ層を形成する工程をさらに有する、前記項２に記載の方法。
【請求項５】
ｐ型電極がＺｎＯ透明導電膜である、前記項１に記載の方法。
【請求項６】
ｐ型電極がＺｎＯ透明導電膜である、前記項４に記載の方法。
【請求項７】
グラファイト基板、
前記グラファイト基板上に形成されたアモルファスカーボン層、
前記アモルファスカーボン層上に形成されたＡｌＮ層、
前記ＡｌＮ層上に形成された第１のｎ型窒化物半導体層、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された複数の第２のｎ型窒化物半導体層、ここで、前記各ｎ型窒化物半導体層は柱状であり、
前記複数の第２のｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体を具備する複数の光吸収層、
前記複数の光吸収層上に形成された複数のｐ型窒化物半導体層、
前記複数のｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ側電極、および
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ側電極
を具備する太陽電池。
【請求項８】
前記アモルファスカーボン層が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記ＡｌＮ層と前記ｎ型窒化物半導体層との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層をさらに備える、前記項７に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記ＡｌＮ層と前記ｎ型窒化物半導体層との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層をさらに備える、前記項８に記載の太陽電池。
【請求項１１】
ｐ型電極がＺｎＯ透明導電膜である、前記項７に記載の太陽電池。
【請求項１２】
ｐ型電極がＺｎＯ透明導電膜である、前記項１０に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体により構成される太陽電池及びその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）のような窒化物半導体からなる半導体素子が集中的に研究および開発されている。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮ、窒化インジウム（ＩｎＮ）、またはそれらの混晶体からなる半導体素子は、その膜組成を変化させることによって、紫外あるいは青色から赤外線領域までの幅広い波長領域において光を吸収する。さらに、太陽電池用半導体材料として広く用いられているシリコン（Ｓｉ）に比べて、これらの窒化物半導体の光吸収係数は１００倍以上高い。そのため、応用例として、柱状の窒化物半導体を用いた太陽電池が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。【０００３】
図８は、特許文献１に開示された柱状窒化物半導体からなる太陽電池の断面構成を示す。図８に示されるように、特許文献１に開示された太陽電池は、基板６ａの第１表面上に設けられた第１電極２ａ、基板６ａの第２表面上に形成された半導体領域８ａ、半導体領域８ａ上に形成されたＩｎＧａＮからなる複数の第一のナノコラム１２ａ、第一のナノコラム１２ａ上に形成された異なる極性を有するＩｎＧａＮからなる複数の第二のナノコラム１４ａ、および第二のナノコラム領１４ａ上に設けられた第２電極２４ａを具備する。【０００４】
特許文献１に開示された太陽電池は、柱状の窒化物半導体を用いることにより、積層フィルムから構成される窒化物半導体を用いた太陽電池と比較して、光エネルギーから電池エネルギーへの変換効率を向上させる。【０００５】
特許文献１に開示された太陽電池の変換効率を向上させるためには格子欠陥または貫通欠陥に起因した非発光遷移によるキャリア再結合を抑制する為に、結晶中の欠陥が非常に少ない窒化物半導体薄膜を作製しなければならない。このために、サファイア基板のような単結晶基板を使用する。しかし、そのような単結晶基板は高価である。【０００６】
光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を改善するためには、太陽電池の温度上昇を抑制することが必要である。これは、窒化物半導体を形成するために用いられる基板が、高い熱伝導性を有することを必要とする。しかし、サファイヤ基板のような単結晶基板の熱伝導性は低い。【０００７】
上記の問題を解決するために、特許文献２は、安価に入手可能なグラファイト薄膜上にパルススパッタ法によって多結晶の窒化物半導体薄膜を製造する方法を開示している。グラファイト薄膜は高い熱伝導性を有する。この方法では、グラファイト薄膜は基板として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３２４２２４号公報
【特許文献２】特開２００９−２００２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、パルススパッタリング法によってグラファイト上に作製したＧａＮ薄膜は多結晶体であり、多くの欠陥を有するため、当該ＧａＮ薄膜は、太陽電池には適していない。さらに、パルススパッタリング法によって形成した窒化物半導体薄膜は、成膜時の放電プラズマによって大きなダメージを受けているため、当該薄膜の結晶は非常に多くの欠陥を有することが良く知られている。このため、太陽電池を作製する際に必要不可欠となるｐ型ＧａＮを、特許文献２によるパルススパッタリング法を用いて作製することは非常に困難である。【００１０】
本発明の目的は、非単結晶基板であるグラファイト基板を用いて、半導体素子の製造に最も適した有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法によって、低コストで高性能な太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある形態(aspect)に係る太陽電池を製造する方法は以下の工程を具備する：グラファイト基板の表面に酸素アッシング処理を行って、アモルファスカーボン層を前記グラファイト基板の表面に形成する工程、前記アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によってＡｌＮ層を形成する工程、前記ＡｌＮ層上にｎ型窒化物半導体層を形成する工程、前記ｎ型窒化物半導体層上に複数の開口部を有するマスク層を形成する工程、前記複数の開口部から露出する前記ｎ型窒化物半導体層の部分上に複数の第２のｎ型窒化物半導体層を形成する工程、前記複数の第２のｎ型窒化物半導体層上に窒化物半導体からなる複数の光吸収層を形成する工程、前記複数の光吸収層上に複数のｐ型窒化物半導体層を形成する工程、前記複数のｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ側電極を形成する工程、および、前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ側電極を形成する工程。【００１２】
前記アモルファスカーボン層が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有することが好ましい。【００１３】
ｎ型窒化物半導体層を形成する前に、前記ＡｌＮ層上に窒化物半導体からなるバッファ層を形成する工程をさらに有してもよい。【００１４】
ｎ型窒化物半導体層を形成する前に、前記ＡｌＮ層上に窒化物半導体からなるバッファ層を形成する工程をさらに有してもよい。【００１５】
ｐ型電極がＺｎＯ透明導電膜であってもよい。【００１６】
ｐ型電極がＺｎＯ透明導電膜であってもよい。【００１７】
本発明の他の形態(aspect)に係る太陽電池は、グラファイト基板、前記グラファイト基板上に形成されたアモルファスカーボン層、前記アモルファスカーボン層上に形成されたＡｌＮ層、前記ＡｌＮ層上に形成された第１のｎ型窒化物半導体層、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された複数の第２のｎ型窒化物半導体層、ここで、前記各ｎ型窒化物半導体層は柱状であり、前記複数の第２のｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体を具備する複数の光吸収層、前記複数の光吸収層上に形成された複数のｐ型窒化物半導体層、前記複数のｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ側電極、および前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ側電極を具備する。【００１８】
前記アモルファスカーボン層が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有することが好ましい。【００１９】
前記ＡｌＮ層と前記ｎ型窒化物半導体層との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層をさらに備えてもよい。【００２０】
前記ＡｌＮ層と前記ｎ型窒化物半導体層との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層をさらに備えてもよい。【００２１】
ｐ型電極がＺｎＯ透明導電膜であってもよい。【００２２】
ｐ型電極がＺｎＯ透明導電膜であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、非単結晶基板であるグラファイト基板を用いる、低コストで高性能な太陽電池及びその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１による太陽電池の断面図
【図２Ａ】実施の形態１による太陽電池の製造方法の断面図
【図２Ｂ】実施の形態１による太陽電池の製造方法の断面図
【図２Ｃ】実施の形態１による太陽電池の製造方法の断面図
【図２Ｄ】実施の形態１による太陽電池の製造方法の断面図
【図２Ｅ】実施の形態１による太陽電池の製造方法の断面図
【図２Ｆ】実施の形態１による太陽電池の製造方法の断面図
【図２Ｇ】実施の形態１による太陽電池の製造方法の断面図
【図３Ａ】アモルファスカーボン層を設けていないグラファイト基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてＡｌＮを堆積した際の表面ＳＥＭ観察像
【図３Ｂ】アモルファスカーボン層を設けたグラファイト基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてＡｌＮを堆積した際の表面ＳＥＭ観察像
【図４Ａ】実施の形態１におけるグラファイト基板およびＡｌＮ層の界面付近の断面ＴＥＭ観察像
【図４Ｂ】グラファイト基板およびＡｌＮ層の「界面の高分解能ＴＥＭによる格子像
【図５】実施の形態１におけるマスク層の上面概略図
【図６】実施の形態１におけるグラファイト基板上に作製した太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフ
【図７】実施の形態１におけるグラファイト基板上に作製した太陽電池の分光感度特性を示すグラフ
【図８】従来の太陽電池の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
以下の説明では、同一の部材に同一の符号を与える。これにより、重複する説明が省略され得る。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１による太陽電池の断面図である。図１に示されるように、アモルファスカーボン層１０２がグラファイト基板１０１の表面に形成されている。アモルファスカーボン層１０２は、グラファイト基板１０１の表面への酸素アッシング処理によって形成される。アモルファスカーボン層１０２上には、ＡｌＮ層１０３が形成されている。ＡｌＮ層１０３は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって形成され得る。
【００２８】
ＡｌＮ層１０３上には、ＧａＮからなる低温成長バッファ層１０４が形成されている。低温成長バッファ層１０４は、ＭＯＣＶＤ法より形成され得る。低温成長バッファ層１０４上には、第１のｎ型ＧａＮ層１０５が形成されている。第１のｎ型ＧａＮ層１０５上には、マスク層１０６が形成されている。マスク層１０６は複数の開口部を有する。複数の開口部から露出する第１のｎ型ＧａＮ層１０５の部分には、柱状の複数の第２のｎ型ＧａＮ層１０７が形成されている。
【００２９】
柱状の複数の第２のｎ型ＧａＮ層１０７上には、ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる柱状の複数の光吸収層１０８が形成されている。ｘの値は０．０１以上０．２０以下が好ましい。一例として、ｘの値は０．１２であり得る。柱状の複数の光吸収層１０８上には、柱状の複数のｐ型ＧａＮ層１０９が形成されている。柱状の複数のｐ型ＧａＮ層１０９上には、複数のｐ型コンタクト層１１０が形成されている。ｐ型コンタクト層１１０の材料は、好ましくはＧａＮである。ｐ型コンタクト層１１０を介して、柱状の複数のｐ型ＧａＮ層１０９は、ｐ側電極１１１に電気的に接続されている。第１のｎ型ＧａＮ層１０５には、ｎ側電極１１２が電気的に接続されている。
【００３０】
低温成長バッファ層１０４、第１のｎ型ＧａＮ層１０５、第２のｎ型ＧａＮ層１０７、光吸収層１０８、ｐ型ＧａＮ層１０９、およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１０は、この順でＡｌＮ層１０３上にエピタキシャル成長法により形成される。
【００３１】
全ての柱状の複数のｐ型ＧａＮコンタクト層１１０がｐ側電極１１１に電気的に接続されていることが好ましい。ｐ側電極１１１の例は、インジウム錫酸化物膜または酸化亜鉛膜のような透明導電膜、あるいはニッケル膜及び金膜の積層体から構成される。一例として、ｎ側電極１１２は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）積層膜から構成される。
【００３２】
以下、図面を参照しながら上記の太陽電池を製造する方法を説明する。
【００３３】
図２Ａ〜図２Ｇは、実施の形態１に係る太陽電池を製造する方法における各工程の断面図を示す。
【００３４】
第１の実施形態においては、窒化物半導体の結晶成長法としてＭＯＣＶＤ法が用いられる。ガリウム源としては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）が挙げられる。アルミニウム源としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が挙げられる。インジウム源としては、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）が挙げられる。窒素源としては、例えば、アンモニア（ＮＨ3）が挙げられる。ｎ型ドーパントの原料としては、シラン（ＳｉＨ4）が挙げられる。ｐ型ドーパントの原料としては、シクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）が挙げられる。
【００３５】
まず、図２Ａに示されるように、グラファイト基板１０１の表面を、酸素アッシング処理により酸化する。このようにして、アモルファスカーボン層１０２が形成される。次に図２Ｂに示されるように、およそ９６０℃の温度のＭＯＣＶＤ法を用いて、アモルファスカーボン層１０２上にＡｌＮ層１０３が成長される。さらに、図２Ｃに示されるように、およそ５００℃の温度でＧａＮからなる低温成長バッファ層１０４が成長される。
【００３６】
次に図２Ｄに示されるように、およそ９００℃の高温で第一のｎ型ＧａＮ層１０５が成長される。図２Ｅに示すように、第一のｎ型ＧａＮ層１０５上に、複数の開口部を有するマスク層１０６を形成する。
【００３７】
図２Ｆに示すように、マスク層１０６の開口部から露出する第一の第１のｎ型ＧａＮ層１０５の部分上に、約９００℃の高温で第二のｎ型ＧａＮ層１０７、ＩｎxＧａ1-xＮからなる光吸収層１０８、ｐ型ＧａＮ層１０９、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１０が順次成長される。これにより、第２のｎ型ＧａＮ層１０７、光吸収層１０８、ｐ型ＧａＮ層１０９から構成される柱状構造が形成される。
【００３８】
最後に、図２Ｇに示すように、柱状構造の先端部に位置する全てのｐ型ＧａＮコンタクト層１１０に接するｐ側電極１１１が形成される。第一のｎ型ＧａＮ層１０５上にｎ側電極１１２も形成される。
【００３９】
実施の形態１においては、酸素アッシング処理によってアモルファスカーボン層１０２がグラファイト基板１０１の表面に設けられる。さらに、その上にＭＯＣＶＤ法を用いてＡｌＮ層１０３が形成される。これにより非常に緻密でｃ軸配向したＡｌＮ層１０３が形成される。そのため、単結晶基板ではないグラファイト基板が用いられているにもかかわらず、貫通欠陥が少ない高品位なＧａＮ薄膜の作製が達成される。これによって、グラファイト基板上に太陽電池が直接的に作製される。
【００４０】
マスク層１０６の材料の例は、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化アルミニウムである。これらの材料は、およそ９００度の高温においても化学的に反応しない。マスク層１０６は、スパッタリング法、または化学気相成長法のような一般的な半導体形成手法を用いて形成され得る。
【００４１】
（実施例）
以下の実施例により、本発明をより詳細に説明する。
【００４２】
図３Ａは、酸素アッシング処理を行っていない表面を有するグラファイト基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮを堆積した後のＳＥＭ観察像を示す。図３Ｂは、２０ナノメートルの厚みを有するＡｌＮ層１０３が、酸素アッシング処理によって形成された２０ナノメートルの厚みを有するアモルファスカーボン層１０２を設けられたグラファイト基板上にＭＯＣＶＤによって形成された後のＳＥＭ観察像を示す。
【００４３】
図３Ａから明らかなように、酸素アッシング処理が行われていないグラファイト基板１０１上には、緻密なＡｌＮ薄膜は形成されなかった。樹状結晶の様な微結晶のみが堆積した。
【００４４】
一方、図３Ｂから明らかなように、アモルファスカーボン層１０２を表面に有するグラファイト基板１０１上には、緻密なＡｌＮ薄膜が形成された。
【００４５】
図４Ａは、グラファイト基板上１０１上に形成された、アモルファスカーボン層１０２（図４Ａにおける「表面改質領域」に対応）、ＭＯＣＶＤ法により形成された２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３、および１μｍのＧａＮ低温成長バッファ層１０４から構成される積層体の断面ＴＥＭ観察写真を示す。図４Ｂは、アモルファスカーボン層１０２とＡｌＮ層１０３との間の界面付近の格子像を示す。
【００４６】
図４Ａおよび図４Ｂから明らかなように、アモルファスカーボン層１０２の上に緻密な結晶性を有するＡｌＮ層１０３が形成された。ＡｌＮ層１０３上に良好な結晶性を有するＧａＮからなる低温バッファ層１０４が成長された。断面ＴＥＭ観察写真から求められた転位密度は低かった。具体的には転位密度は２×１０9ｃｍ-2であった。この転位密度は、サファイア基板上にＧａＮ低温成長バッファ層を用いて成長させたＧａＮ薄膜と同一の転位密度であった。
【００４７】
非単結晶基板であるグラファイト基板の表面に、アモルファスカーボン層１０２を設けることによって、グラファイト基板上に非常に高い結晶性を有する窒化物薄膜の形成が達成されることが見いだされた。
【００４８】
グラファイト基板１０１の表面にアモルファスカーボン層１０２を形成することによって緻密なＡｌＮ薄膜が成長する原因は、以下の通りであると考えられる。通常のグラファイト表面では、グラフェンのｓｐ2混成軌道からなるπ結合によって電子が非局在されている。一方、酸素アッシングによってアモルファス化されたアモルファスカーボン層１０２の表面では、いたるところでπ結合が寸断されている。この結果、ｓｐ2軌道のみならずｓｐ3軌道が存在していると考えられる。
【００４９】
表１は、第一原理計算によって求められた、カーボンのｓｐ2軌道およびｓｐ3軌道に対するＡｌ原子およびＮ原子の吸着エネルギーを示す。
【００５０】
【表１】
2011155157.tif 000003
【００５１】
表１から明らかなように、ｓｐ2軌道に対するＡｌ原子およびＮ原子の吸着エネルギーはいずれも正の値である。一方、ｓｐ3軌道に対するそれらはいずれも負の値である。このことは、ｓｐ3軌道に対して自発的にＡｌおよびＮが吸着しやすいことを意味する。このことから、グラファイト基板の表面に酸素アッシング処理によってアモルファスカーボン層１０２を形成することによってカーボンのｓｐ3軌道が多数形成され、そしてＡｌＮが成長する初期の段階における核生成が促進される。このようにして、良好な薄膜結晶が成長したと考えられる。
【００５２】
表２は、種々の厚みを有する複数のアモルファスカーボン層を形成した際のＧａＮのＸＲＤのロッキングカーブによって得られた（０００２）ピークの半値幅を示す。
【００５３】
【表２】
2011155157.tif 000004
【００５４】
アモルファスカーボン層１０２が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する場合、ＧａＮ薄膜はｃ軸配向し、かつ良好な半値幅を有する。アモルファスカーボン層の厚みが８０ｎｍを超える場合、酸素アッシング処理の際にグラファイト薄膜中に取り込まれる酸素の量が増加する。そのため、その後にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮおよびＧａＮを成長させる際、グラファイト基板中に取り込まれた酸素がＡｌまたはＧａと反応する。これが、急峻な界面の形成を阻害したと考えられる。したがって、アモルファスカーボン層１０２は、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有することが望ましい。
【００５５】
表３は、実施例１における層の膜厚を示している。
【００５６】
【表３】
2011155157.tif 000005
【００５７】
表３に示されるアモルファスカーボン層１０２、ＡｌＮ層１０３、ＧａＮ低温成長バッファ層１０４、第一のｎ型ＧａＮ層１０５、マスク層１０６、複数の第二のｎ型ＧａＮ層１０７、複数の光吸収層１０８、複数のｐ型ＧａＮクラッド層１０９、および複数のｐ型ＧａＮコンタクト層１１０が、図２Ａ〜図２Ｇに示されるように、順次成長された。
【００５８】
マスク層１０６の材料はＳｉＯ2であった。図５に示されるように、マスク層１０６は、複数の円状の開口部１１３を具備していた。開口部１１３の直径Ａは２１０ｎｍであった。隣接する２つの開口部１１３の間隔Ｂは４２０ｎｍであった。当該マスク層１０６を用いて、グラファイト基板１０１上に２１０ｎｍの直径を有する複数の柱状構造を形成した。隣接する２つの柱状構造の間隔は４２０ｎｍであった。当該各柱状構造は、ｎ型ＧａＮ層、多重量子井戸層、およびｐ型ＧａＮ層から構成された。
【００５９】
光吸収層１０８の組成は、Ｉｎ0.12Ｇａ0.88Ｎであった。
【００６０】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０上には、液相合成法を用いてＺｎＯ透明導電膜から構成されるｐ側電極１１１が形成された。以下、当該液相合成法の詳細を示す。
【００６１】
０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度を有する硝酸亜鉛（ＺｎＮＯ3）の溶液に、０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度を有するヘキサメチレンテトラミン（（ＣＨ2）6Ｎ4）を滴下し、ｐＨ値を５から７までの間に調整した。その後、レジストを塗布しフォトリソグラフィーによってｐ型ＧａＮコンタクト層１１０のみ露出させた。太陽電池構造体を上記溶液に浸漬し、溶液の温度を７０℃に保ちながら２〜６時間静置した。このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０上にＺｎＯ透明導電膜を成長させた。ＺｎＯ透明導電膜の厚みは成長時間によって調整した。成長速度は、約２．７ｎｍ／ｍｉｎであった。３００ｎｍの厚みを有するＺｎＯ透明導電膜を成長後、アセトンを用いてレジストを剥離し、得られたダイオードを乾燥させた。
【００６２】
ＵＶ−可視透過率測定の結果、上記手法で作製したＺｎＯ透明電極膜は、３５０ｎｍ〜２．５μｍの幅広い波長の範囲において９５％以下という高い透過率を有した。４端子法による抵抗率測定の結果、ＺｎＯ透明電極膜は、１．２×１０-2Ωｃｍの比較的低い抵抗率を有した。これらの結果は、作製したＺｎＯ透明電極膜が、太陽電池のｐ側電極として十分に使用可能であることを意味した。
【００６３】
１０ｎｍの厚みを有するＴｉ膜および１００ｎｍの厚みを有するＡｌ膜を積層することにより、ｎ側電極１１２が形成された。その後、各素子をダイサーによって１ｍｍ×１ｍｍのサイズに分離することにより、実施例１の太陽電池を作製した。比較例１として、マスク層１０６形成しなかったこと以外は実施例１と同様の太陽電池を作製した。
【００６４】
図６は、実施例１の太陽電池のＩ−Ｖ特性を示す。図６から明らかなように、実施例１の太陽電池は良好な特性を示し、１．４３×１０-4Ａの短絡電流、約２．４４Ｖの開放電圧、および約０．８の曲線因子ＦＦを有した。
【００６５】
図７は、実施例１および比較例１の太陽電池の分光感度特性を示す。外部量子効率が、分光計器株式会社製分光感度測定装置ＣＥＰ−２５ＭＬ（直流モード）により測定された。
【００６６】
図７から明らかなように、光吸収層１０８であるＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ層の吸収ピークに起因する４２０ｎｍ付近において最大の外部量子効率が得られた。実施例１の光吸収層は、比較例１よりも、およそ１．３２倍の量子効率を有した。
【００６７】
これらの結果から理解されるように、本発明では、グラファイト基板表面にアモルファスカーボン層を形成し、続いてＭＯＣＶＤによってＡｌＮ層を設ける。このことが、結晶性の良い柱状ＧａＮを形成することを可能にする。このようにして、低コストで高性能な太陽電池を実現できる。
【００６８】
実施例１の光吸収層はＩｎxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．１２）から構成される。しかし、ｘは０．０１以上０．２０以下であり得る。
【００６９】
実施例１のマスク層は、２１０ｎｍの直径および４２０ｎｍの間隔を有する複数の開口部を具備していた。しかし、当業者は、ＩｎxＧａ1-xＮ層の組成によって決定される光吸収層の吸収波長と対応するように、適切に当該直径および間隔を設定し得る。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の太陽電池は、グラファイト基板上にＭＯＣＶＤ法を用いて形成した結晶性の良いＡｌＮ層およびＧａＮ層を有し、低価格で高性能な太陽電池として有用である。本発明にかかる太陽電池の技術は、高周波デバイスまたはパワーデバイス用ＦＥＴのような電子デバイスにも応用できる。
【符号の説明】
【００７１】
２ａ  第１電極
６ａ  基板
８ａ  半導体領域
１０ａ  ナノコラム
１２ａ  第一ナノコラム部
１４ａ  第二ナノコラム部
２４ａ  第２電極
１０１  グラファイト基板
１０２  アモルファスカーボン層
１０３  ＡｌＮ層
１０４  低温成長バッファ層
１０５  第一のｎ型ＧａＮ層
１０６  マスク層
１０７  第二のｎ型ＧａＮ層
１０８  光吸収層
１０９  ｐ型ＧａＮ層
１１０  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１１  ｐ側電極
１１２  ｎ側電極
１１３  開口部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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